《人防结构设计》范仲兴教授

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1、题目：防空地下室结构构件的设计要点与计算实例主讲：规范编制组总顾问、教授级高工 范仲兴前 言人民防空地下室设计规范结构部分的核心问题，是确定荷载。确定荷载的方法有两种：一种是按规范公式计算；另一种是经规范编制组人员，按公式进行计算后，汇总成等效静荷载标准值表格，供大家直接选用。这是基于二十多年前由于搞防空地下室的设计人员来自搞地面工程的设计人员，对防空地下室的设计不熟悉而编制的。我国人防工程建设近二十多年来，由于城市地下空间的开发利用和贯彻“平战结合”的方针，结构跨度的增加，地下室净髙的增加，顶板上部覆土厚度的增加等等，规范所提供的表格已不能适应当前人防工程建设的发展需要。这是当前设计人员遇到

2、的主要问题，纷纷来电咨询如何计算。因为表格是在特定的条件下制定的，它不能包揽一切，加上这是规范不是手册，因而在归纳汇总时，为了减少表格的数量，将挡次拉开，结果选用的荷载值，其区间达一倍多，造成了人为的浪费。另一方面，由于规范在等效静荷载计算方面，没有系统的加以论述，条文分散，设计人员难以掌握。为此，今天我向大家提供一套简易直观的等效静荷载计算公式，并附计算实例，这是我这次讲课的重点之一。希望大家，能通过这次讲课，从查表中解放出来，掌握计算原理，计算方法，成为既能查表、又能计算的人防结构设计人员。对于人防工程结构施工图审查中常见的问题，我最近找了几个人防工程施工图审查组，向他们了解了一些的情况，

3、将会予以介绍。但由于目前在全国范围内开展人防工程施工图的审查，在结构部分有的还停留在初步设计的深度，对结构计算书未能进行认真的审查，因而一些问题未能发现。在讲课中，我会提醒大家，要注意的问题。讲 课 提 纲第一章 武器效应11 概述1.突出对常规武器的防护2.防护标准12 常规武器1.常规武器的种类2.炸弹冲击、爆炸的局部作用和整体作用概念3.指挥所工程防常规武器直接命中的结构选型4.修建乙类防空地下室的意义5.修建高层建筑下部的防空地下室，对防常规武器有利13 核武器 1.什么是核武器2.氢弹空爆的爆炸景观3.核武器的威力4.核武器的四种杀伤破坏因素及其防护第二章 防空地下室结构设计原则与规

4、定21 “强柱弱板”、“强剪弱弯” 的设计原则22 “等强”的设计原则23 有关计算规定第三章 等效静荷载 31 等效静荷载法32 多构件体系等效静荷载的计算方法33 等效静荷载法的优点34 等效静荷载计算的误差第四章 在爆炸动荷载作用下，确定结构构件的等效静荷载41 在常规武器爆炸动荷载作用下，结构构件等效静荷载计算1 防空地下室顶板等效静荷载计算2 防空地下室外墙等效静荷载计算(附计算实例)42 在核武器爆炸动荷载作用下，结构构件等效静荷载计算1 防空地下室顶板等效静荷载计算2 防空地下室外墙等效静荷载计算3 防空地下室底板等效静荷载计算(附计算实例)4 出入口部门框墙、临空墙等效静荷载计

5、算(附计算实例)5 开敞式防倒塌棚架水平等效静荷载的计算第五章 乙类防空地下室结构构件等效静荷载选用表51作用在防空地下室结构上的等效静荷载示意图1.防空地下室顶板等效静荷载标准值选用表2.防空地下室外墙等效静荷载标准值选用表52防空地下室室外出入口通道内门框墙、临空墙等效静荷载标准值的确定53防空地下室室内出入口通道内门框墙、临空墙等效静荷载标准值的确定54防空地下室楼梯等效静荷载标准值的确定55防空地下室封堵构件等效静荷载标准值的确定56不计入常规武器爆炸动荷载的结构构件第六章 甲类防空地下室结构构件等效静荷载选用表61 防空地下室顶板等效静荷载标准值选用表62 防空地下室外墙等效静荷载标

6、准值选用表63 防空地下室底扳等效静荷载标准值选用表64防空地下室室外出入口通道内门框墙等效静荷载标准值选用表65防空地下室室外出入口通道内临空墙等效静荷载标准值选用表66防空地下室相邻两个防护单元之间的隔墙、门框墙水平等效静荷载标准值选用表67防空地下室上下层防护单元之间的楼板等效静荷载标准值选用表68防空地下室室外出入口通道，当净跨小于3米时，顶板和底板等效静荷载标准值选用表69 防空地下室室外开敞式防倒塌棚架等效静荷载标准值选用表610 防空地下室楼梯、平台等效静荷载标准值选用表611 防空地下室扩散室与防空地下室内部房间相邻的临空墙等效静荷载标准值选用表第七章 防空地下室结构设计要点一

7、. 贯彻强制性条文要点二. 结构构件设计要点71 钢筋混凝土板、梁、墙、柱的截面设计72 基础的设计73 门框墙的设计(附截面设计例题)74 室内出入口的设计75 室外出入口的设计76 室内出入口用做主要出入口的设计77 楼梯荷载的由来78 棚架的设计79 平战转换的设计710 无梁楼盖的设计711 顶、底板反梁构造图三. 结构施工图设计总说明和计算书应包含的内容附录： 常用结构构件对称型基本自振圆频率简化计算表第一章 武器效应1-1概述1.突出对常规武器的防护我国自十一届三中全会以后，人防建设的指导思想，开始了战略性的调整：由准备“早打、大打、打核战爭，转变到以经济建设为中心的轨道上来；由打

8、核战爭，转变到打髙技术的局部战爭上来”。因此人防工程的建设，为适应在核武器，生、化武器，威摄条件下的髙技术局部战爭的需要，要防常规武器，核武器，生、化武器的袭击，当前应突出对常规武器的防护。2. 防护标准根据战术技术要求，将人民防空重点城市划分为甲、乙两类：甲类城市应防常规武器和核武器空袭；乙类城市应防常规武器空袭。因此，甲类防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载的作用；乙类防空地下室结构只考虑承受常规武器爆炸动荷载的作用。注：我们以下将常规武器爆炸(简称“常爆”)、核武器爆炸(简称“核爆”)；常规武器 (简称“常”)、核武器 (简称“核”)。.甲类防空地下室防护级别分为三

9、组：1).常5、核5； 2).常6、核6； 3).常6、核6B。但每组防护级别中，核武器和常规武器只能考虑其中一种武器，并只能考虑一次作用，因此，在选用时，那种武器的爆炸动荷载大，就选那种武器。如果是核4B级和核4级，只需考虑核爆炸动荷载的作用即可，如果要与常规武器直接命中相组合，那应另行规定。 核武器抗力级别见下表防核武器的抗力级别级 别566B抗力（KN/m2）1005030 常规武器抗力级别分为二级：常5和常6。. 乙类防空地下室防常规武器的级别：常5和常6。常5的抗力等级为，抗1000磅低阻式爆破弹非直接命中；常6的抗力等级为，抗 500 磅低阻式爆破弹非直接命中。非直接命中的定义：常

10、规武器在离防空地下室外墙10米处的地表面进行爆炸，我们称这种爆炸的方式为非直接命中爆炸。. 指挥所工程防常规武器直接命中的级别分为四级：常1、常2、常3、常4。下面简要的向大家简要介绍常规武器以及指挥所工程防常规武器直接命中的结构设计原则和结构选型。12 常 规 武 器1.常规武器的种类对防空地下室起破坏作用的常规武器有普通爆破弹、低阻式爆破弹，半穿甲弹、穿甲弹。. 普通爆破弹(普通炸弹)的特点是装药量大，弹壳薄。弹体内装有TNT炸药，现在较多用“B”型炸药，它的威力为TNT炸药的1.35倍。 普通爆破弹的穿甲能力小，对坚固的混凝土结构侵彻很小，它对一般的建筑物，如桥梁、车站、机场、工厂等有较

11、大的破坏力。.低阻式爆破弹 (混凝土破坏弹)低阻式爆破弹其特点是弹体细长，投掷时受空气阻力较小，落速较大，命中率较髙，可破坏坚固的钢筋混凝土结构，常5、常6就是防御这种类型的炸弹。.半穿甲弹、穿甲弹半穿甲弹、穿甲弹的弹壳较薄，均用特种穿甲钢制成，由于穿甲弹的弹壳坚硬，弹头尖小，表面平滑，故其落速比普通炸弹大得多，因此对坚固的结构有很大的侵彻力，但弹内装药量小，爆炸威力不大，它主要用于破坏坚固的钢筋混凝土结构。2.炸弹冲击、爆炸的局部作用和整体作用概念. 爆炸的局部作用(详图1-2-1)裂縫 爆炸震塌 爆炸贯穿图1-2-1当普通爆破弹命中目标时，一般不侵入坚硬材料中，对结构的破坏主要由装药爆炸所

12、产生。如上图所示，当结构有足够厚度，装药爆炸后，形成爆炸漏斗坑，结构反表面不出现任何破坏；当结构厚度减薄时，反表面出现裂缝；结构厚度再减薄时，反表面出现爆炸震塌；当结构厚度继续再减薄时，出现爆炸贯穿现象。当低阻式爆破弹、半穿甲弹、穿甲弹命中目标时，先侵彻后爆炸，引起的局部破坏作用见图1-2-2。裂縫 爆炸震塌 爆炸贯穿图1-2-2由于炸弹的冲击和爆炸产生的漏斗坑、裂缝、震塌、贯穿等现象，其特点是，破坏位置发生在炸弹着落点附近及其反表面的局部地方，因而称为局部作用。我们可以根据工程任务的不同要求，在确定结构厚度时，可按照不允许出现震塌或不贯穿来进行计算。.炸弹的整体作用炸弹对结构在产生局部作用的

13、同时，还产生冲击和爆炸的压力作用，我们将这种作用的荷载，称为冲击和爆炸动荷载。在冲击和爆炸动荷载作用下，整个结构将产生变形和内力，甚至造成整个结构的倒塌。通常我们把这种作用称作为整体作用。一般我们以炸弹的局部作用，来确定结构的厚度；以炸弹的整体作用，所产生的冲击、爆炸动荷载来计算结构内力和截面设计。3.指挥所工程防常规武器直接命中的结构选型.整体式结构(图1-2-3)整体式结构由防空地下室主体结构直接起防护作用。图1-2-3整体式结构.多层式结构(图1-2-4)主体结构上部有钢筋混凝土起爆层和分散层(砂土)所组成。 图1-2-4多层式结构.隧道式结构(图1-2-5)隧道式结构主要是上面的天然土

14、层或岩石层来起防护作用。图1-2-5 隧道式建筑物4.修建乙类防空地下室的意义城市遭受轰炸时，人员的伤亡，绝大多数不是由于炸弹直接命中所造成，而是由于弹片、气浪在较大范围内对地面人员的伤害所造成的。因此对于建造非直接命中的乙类防空地下室，对保存有生力量具有重要意义。历次战爭事实说明，城市有无可靠的防空设施，其战爭造成的后果大不一样。如第二次世界大战中，苏联对民防工作不够重视，最终民众死亡人数达到七百万人，与此相比，英国因修建了大量的民防建筑，结果民众死亡人数仅为六万二千人，两者相差110倍。5. 修建高层建筑下部的防空地下室，对防常规武器有利防空地下室人员掩蔽部，是不考虑防常规武器直接命中，但有些防空地下室，它离国家的政治、经济、军事、文化等重要目标距离很近，在该范围内，敌人在轰炸重要目标的同时，有可能遭受常规武器误炸的可能，在这种情况下，髙层建筑的防空地下室与单建式人防工程相比，在防御常规武器方面极为有利。.当防空地下室上部的高层建筑在10层以上时（假定每层现浇钢筋混凝土楼板厚度为100mm），当2000磅的航弹直接命中建筑物顶层时，经计算，它能迫使航弹在防空地下室顶板以上爆炸，从而保障了防空地下室内部人员的安全。 . 高层建筑的每层楼板，能使命中的导弹在穿透楼板时，动能逐渐减小，致使导弹发生偏移，有可能导向防空地下室外部进行爆炸。